Analisa dengan Hyperchem (Stabilitas Karbokation dan Hiperkonjugasi)

Tujuan :

            Mengkaji stabilitas beberapa karbokation dan pengaruh hiperkonjugasi terhadap panjang ikatan kerapatan muatan menggunakan perhitungan semiempiris AMI.

Latar Belakang

            Karbokation menunjukkan satu dari sangat penting dan sering dijumpai dari jenis zat antara yang terlibat dalam reaksi senyawa organik. Stabilitas relatif karbokation dapat dijadikan indikasi untuk keberadaannya dalam reaksi yang sedang berlangsung. Banyak cara menjelaskan kestabilan karbokation, salah satunya adalah hiperkonjugasi.

            Hiperkonjugasi meliputi tumpang tindih antara suatu ikatan (orbital ikatan) dengan orbital p yang kosong yang terdapat dalam atom karbon bermuatan positif (lihat gambar dibawah ini). Walaupun gugus alkil yang terdapat pada atom karbon positif tersebut dapat berputar, satu dari dari ikatan sigma selalu sebidang dengan orbital p kosong pada karbokation. Pasangan elektron pada ikatan sigma ini disebarkan ke orbital p kosong sehingga menstabilkan atom karbon yang kekurangan elektron.

Kita dapat memikirkan fenomena hiperkonjugasi seperti yang kita jumpai dalam bentuk klasik. Sebagai contoh bahwa isopropyl kation distabilkan oleh hiperkonjugasi menghasilkan beberapa bentuk resonansi seperti dinyatakan dalam bentuk berikut :

Hiperkonjugasi akan meningkatkan order ikatan dari ikatan CC (lebih bersifat ikatan rangkap) dan akan berakibat memendekkan ikatan CC. Perlu ditekankan juga bahwa akan terjadi fenomena melemahnya dan memanjangnya ikatan CH yang dinyatakan dengan kerapatan elektron pada orbital p kosong. Akhirnya muatan positif yang signifikan dipindahkan kepada atom H yang terlibat dalam hiper-konjugasi.

Prosedur

Langkah awal adalah menggambarkan dan mengoptimasi beberapa karbokation yaitu t-butil, sek-butil, dan n-butil. Anda dapat memulai menggambarkan hidrokarbon dan menghilangkan 1 atom H yang terikat dalam atom karbon untuk menghasilkan karbokation.

1.      Gunakan menu draw untuk menggambarkan isobutana.

2.      Klik pada build dan kemudian add H & Model Build.

3.      Gunakan menu Selection dan hapus atom H sesuai dengan karbokation yang digambar.

4.      Klik Setup dan kemudian semi empiris.

5.      Klik AMI dan kemudian options.

6.      Atur Total Charge pada 1 dan Spin Multiplicity pada 1 (semua spin terpasangkan)

7.      Lakukan optimasi dengan memilih Compute dan kemudian Geometri Optimizaion.

8.      Setelah perhitungan selesai, catat panas pembentukannya.

Pencatatan data

1.      Catat panjang ikatan CC, semua panjang ikatan C_sp3-H (karbon C_sp3-H terikat pada karbon C_sp2) dan semua sudut antara pusat karbon C_sp2.

2.      Klik pada Display dilanjutkan dengan Labels.

Klik pada Charge dilanjutkan dengan OK. Muatan atom akan dimunculkan. Catat muatan pada atom H yang ikut terlibat dalam hiperkonjugasi (pada C_sp3 yang terikat pada C_sp2). Catat jika terjadi perbedaan. Atom H dengan muatan terbesar akan lebih banyak terlibat dalam hiperkonjugasi. Cetak struktur dengan muatan atomnya dan lampirkan pada lembar laporan.